水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位

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1、水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位摘要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到了生活中的各個領(lǐng)域，近年來，世界各國對海洋資源的重視程度日益加深，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸走入研究人員的視線，而對水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位成為研究的重點。本文主要對水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點定位技術(shù)進行分析，并對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法進行分類，同時提出水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中遇到的問題?！娟P(guān)鍵詞】水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位世界海洋資源豐富，為了更好的對海底環(huán)境進行監(jiān)測、對海洋資源進行開發(fā)，就需要對水下定位技術(shù)進行了解并研究。傳統(tǒng)的水聲定位設(shè)備存在著一定的問題，如維

2、護困難、部署困難、成本高、靈活性差等，同時，傳統(tǒng)的水聲定位設(shè)備的工作范圍也是非常有限的，因此，其無法滿足實際的需求，急需一種新的水下定位方法來解決諸如此類的問題，因此，作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍的延伸，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)進行研究人員的視野。1水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)7水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過飛行器等設(shè)備將大量的傳感器節(jié)點部署在不同的水域范圍內(nèi)，節(jié)點通過在水中能夠進行遠距離傳輸?shù)穆暡▉硗瓿伤碌木W(wǎng)絡(luò)信號連接，從而形成一個具有無中心、自組織、多跳路由等特點的網(wǎng)絡(luò)體系，其目的是使得傳感器節(jié)點能夠在水下協(xié)作的對感知對象的信息進行感知、收集，并進

3、行處理，同時能夠發(fā)送給信息的觀察者。由于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點，使得其具有以下的優(yōu)點，即覆蓋面廣、成本低、節(jié)點密集、分布隨機、自組織、容錯能力強、搜集信息準(zhǔn)確等，同時由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的無中心的特點，可以在很大程度上提高接收信號的信噪比，提高水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能。水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點使得其能夠在惡劣的環(huán)境中進行部署和應(yīng)用。目前，應(yīng)用比較廣泛的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括二維水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和三維水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。2水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)定位，即確定自身或目標(biāo)的準(zhǔn)確位置，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用定位技術(shù)，可以準(zhǔn)備的確定節(jié)點的位

4、置，并可以得到其他物體的位置。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點包括未知節(jié)點和錨節(jié)點。常用的無線傳感器節(jié)點的定位方法如下：以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以得知其準(zhǔn)備位置的節(jié)點（信標(biāo)節(jié)點）為參考對象，根據(jù)三角定位法、多邊定位法、最小二乘定位法等方法來得到未知節(jié)點的坐標(biāo)位置，從而對所觀察的對象進行定位。3無線傳感器定位算法分類73.1距離相關(guān)定位算法和距離無關(guān)定位算法距離相關(guān)定位算法是指在定位的過程中，需要根據(jù)已知節(jié)點與相鄰節(jié)點的實際距離來確定。距離無關(guān)定位算法則無需知道已知節(jié)點與相鄰節(jié)點的相對位置。由于距離相關(guān)定位算法需要測量節(jié)點之間的相對距離，因此需要付出更

5、大的代價與成本對節(jié)點進行部署。而距離無關(guān)定位算法相對簡單，已知的信標(biāo)節(jié)點將相關(guān)信息傳遞給未知節(jié)點，從而估計出不精確的節(jié)點距離，同時利用多點定位算法等來得到未知節(jié)點的具體位置。常用的距離相關(guān)定位技術(shù)包括TOA、TDOA、RSSI。TOA測距技術(shù)主要是通過信號到達的時間來進行，為了保證TOA技術(shù)的準(zhǔn)確性，需要保證節(jié)點之間具有高度的時間同步性。TDOA測距技術(shù)是在保證節(jié)點之間時間同步性的同時通過信號到達的時間差來進行，然而由于聲波的傳播距離有限，使得TDOA測距技術(shù)得到的距離范圍具有一定的局限性。RSSI測距技術(shù)主要是通過信號的強弱進行距離的測

6、量，然而由于相關(guān)技術(shù)的局限性，使得RSSI測距技術(shù)存在較大的誤差性。距離無關(guān)定位算法是在網(wǎng)絡(luò)連通的基礎(chǔ)上進行位置和距離的測量，因此，外界環(huán)境對定位測量的實行影響較小，因此，距離無關(guān)定位算法比較適合大型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。常用的距離無關(guān)定位算法包括APIT定位算法、質(zhì)心定位算法等。73.2集中式定位算法和分布式定位算法集中式定位算法主要是通過中心節(jié)點對數(shù)據(jù)進行處理從而得出節(jié)點位置的方式，此方式需要保證節(jié)點之間的連通性，從而使得信息能夠順利的發(fā)送到中心節(jié)點。常見的集中式定位算法包括質(zhì)心定位算法、SPIT算法等。在集中式定位算法中，由于所有的數(shù)據(jù)

7、信息都需要發(fā)送到中心節(jié)點，使得中心節(jié)點的數(shù)據(jù)過多，甚至出現(xiàn)冗余的數(shù)據(jù)，另一方面，由于中心節(jié)點對數(shù)據(jù)信息進行集中處理，使得整個水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有很大的通信開銷，嚴(yán)重消耗了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能力，導(dǎo)致節(jié)點的能夠耗盡，對準(zhǔn)確定位產(chǎn)生不良影響。因此，集中式的定位算法具有很強的局限性。分布式定位算法主要是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點獨立的對采集到的信息進行處理，而不需要中心節(jié)點的參與，隨后各個節(jié)點通過信息交換和協(xié)作來完成定位。常見的分布式定位算法包括Dv-Hop算法、BoundingBoxl算法等。3.3相對定位算法和絕對定位算法7利用相對定位

8、得到的位置坐標(biāo)是相對坐標(biāo)，即利用相關(guān)的定位方法得到目標(biāo)位置相對已知位置的相對位置，從而對其進行定位。而利用絕對定位算法得到的位置坐標(biāo)是絕對定位，即得到的坐標(biāo)位置是絕對的，不變的。相對定位只需要